gestion de los recursos hidricos mediante hidrologia isotopica
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HIDROLOGIA ISOTOPICA
Víctor Andrés Machado Bervel
TEOBALDIS MERCADO MADERA
PhD. Ciencias Hídricas
Universidad De Córdoba
Facultad De Ingenierías
Ingeniería Ambiental
INTRODUCCION
El agua es un recurso natural limitado y probablemente entre los de mayor
consumo en el mundo. En este sentido es necesario buscar la sostenibilidad y una
mejor calidad de los recursos hídricos, determinando acciones y alternativas que
permitan que se lleve a cabo una exploración y una explotación de los recursos
de manera adecuada siempre buscando la viabilidad y la sostenibilidad de estos.
para esto es indispensable buscar técnicas que permitan una mejor gestión de los
recursos. Una de las técnicas más empleadas es la hidrología isotópica, técnica
nuclear basada en el análisis químico de isotopos radioactivos y estables para
estudiar los movimientos del agua en el ciclo hidrológico.
OBJETIVOS
General
- Reconocer la hidrología isotópica como una técnica apropiada para el
estudio y gestión de los recursos hídricos.
Específicos
- Identificar los diferentes problemas hidrológicos con respecto a la
gestión de recursos hídricos.
- Mostrar cómo se realiza un estudio a partir de hidrología isotópica y las
aplicaciones que esta tiene junto con otros campos de estudio.
METODOLOGIA
Del total de los recursos hídricos de la Tierra, sólo el 2,5% es agua dulce – el resto
es salada. La mayor parte del agua dulce se encuentra en los hielos polares o
como humedad del suelo, o bien a profundidades inaccesibles en acuíferos
subterráneos, con lo cual queda menos del 1% disponible para su utilización.
El desarrollo humano sostenible depende de la disponibilidad de agua. Se calcula
que más de un tercio de la producción mundial de alimentos se basa en el riego,
del cual una proporción importante puede depender de recursos de aguas
subterráneas no sostenibles. A pesar de los progresos alcanzados en los dos
últimos decenios para mejorar el acceso al agua potable, alrededor de 1 100
millones de personas todavía carecen de este recurso. Las zonas de escasez y
penuria de agua son cada vez más numerosas, particularmente en África
septentrional y Asia occidental. En los próximos dos decenios se espera un
aumento del 40% en la demanda total de agua. Para 2025 dos tercios de la
población mundial podrían estar viviendo en países con escasez de agua
moderada o grave.
El reto es cómo gestionar este recurso finito, en la actualidad y en el futuro. Por el
hecho de que los recursos de agua dulce con gran frecuencia son compartidos por
más de un país dentro de una región, se necesitarán acciones a niveles nacional e
internacional para mejorar el acceso en las regiones que carecen de agua y
mejorar el uso eficiente en aquellas regiones que tienen agua actualmente, de
modo que esos recursos puedan mantenerse para las futuras generaciones.
La clave para la gestión sostenible de los recursos hídricos consiste en poseer los
conocimientos necesarios para tomar las decisiones apropiadas. La hidrología
isotópica es una técnica nuclear que utiliza tanto isótopos estables como
radiactivos para seguir los movimientos del agua en el ciclo hidrológico. Los
isótopos pueden utilizarse para investigar las fuentes de aguas subterráneas y
determinar su origen, su forma de recarga, si existe riesgo de intrusión o
contaminación por agua salada, y si es posible utilizarlas de manera sostenible.
ISOTOPOS EN LAS INVESTIGACIONES HIDROLÓGICAS
En las fases de evaporación y condensación, la concentración de isótopos de
oxígeno e hidrógeno en una molécula de agua sufre pequeños cambios. Como
resultado de ello, en diferentes etapas del ciclo hidrológico el agua queda
marcada, de manera natural, con huellas isotópicas que varían en función del
historial de una masa de agua en particular y de su recorrido por el ciclo
hidrológico. Se denominan isótopos a los átomos de un elemento que son
químicamente idénticos y físicamente diferentes. Las ciencias nucleares pueden
distinguir entre ellos valiéndose de la espectrometría de masas para “pesarlos”.
Tanto el hidrógeno como el oxígeno, que son los elementos constitutivos del agua,
contienen principalmente isótopos ligeros. Cuando el agua de los océanos se
evapora, los isótopos más pesados se condensan primero y caen en forma de
lluvia antes que los más ligeros. Es en los océanos donde se genera la mayor
parte del vapor de agua en la atmósfera. Por consiguiente, mientras más alejada
de la costa sea la precipitación, menor será la cantidad de isótopos pesados que
contenga.
En cada etapa del ciclo hidrológico, se registra un pequeño cambio consistente en
una diferencia en la concentración de isótopos de oxígeno e hidrógeno en el agua
que es tan singular como una huella dactilar. Los isótopos de los contaminantes,
como trazas metálicas o compuestos químicos disueltos en agua, también ofrecen
pistas sobre sus orígenes.
Como se sabe, los isotopos se presentan en diferentes concentraciones en aguas
de distinto origen. Las cantidades y las relaciones de varios tipos de isotopos
describen, o trazan, las características del origen del agua. Por ejemplo, los
isotopos ambientales indican la procedencia de las aguas subsuperficiales, la
presencia de una recarga reciente por la lluvia o por las aguas superficiales. La
edad de las aguas subterráneas y las interconexiones entre las aguas
superficiales y las subterráneas o entre dos acuíferos. Por consiguiente, ayudan a
la hidrología a conocer los sistemas hídricos, que generalmente son bastante
complejos y que, en el caso de los sistemas hídricos subterráneos, solo pueden
observarse directamente en muy pocas localidades.
El cuadro resultante permite a los hidrólogos trazar mapas de las fuentes de agua
subterránea; por su parte, los climatólogos pueden reunir datos más fiables sobre
la evolución climática y determinar la repercusión de sucesos futuros cuando se
producen los cambios climáticos. Los isótopos ofrecen la posibilidad de abarcar
períodos prolongados de fenómenos meteorológicos de miles de años de
duración.
COMPOSICIÓN ISOTÓPICA EN AGUAS SUBTERRÁNEAS
Cuando las precipitaciones se infiltran y alimentan las aguas subterráneas, la
mezcla en la zona no saturada del acuífero suaviza la variación isotópica, de modo
que el agua adquiere una composición que se corresponde con la composición
isotópica media de la infiltración en el área, aunque se pueden producir algunas
diferencias debido al hecho de que no toda la precipitación anual se infiltra en
igual proporción. Por ejemplo, a la temperatura de un determinado sitio
continental, las precipitaciones del verano o el invierno se reevaporan parcial o
totalmente desde el suelo antes de que tenga lugar la infiltración. En el acuífero, la
composición isotópica del agua no sufre un cambio ulterior a menos que se
produzcan intercambio con el oxígeno de las rocas. Estos procesos de intercambio
son por lo general muy pequeños a la temperatura normal del acuífero y sólo
notable en el caso de las aguas termales (Craig, 1963 ).
La composición isotópica de las aguas subterráneas, se relaciona entonces con la
de las precipitaciones en la región de recarga del acuífero en el tiempo en que
ésta ocurre. El agua subterránea puede tener un origen antiguo, del orden de
varios miles o decenas de miles de años y las condiciones climáticas de la región
en el tiempo de la recarga puede ser diferente a la actual.
Las aguas subterráneas pueden ser recargadas solamente por aportes
procedentes de aguas superficiales, tales como agua de ríos o lagos o por
infiltración vertical de aguas estancadas. En este caso las aguas subterráneas
reflejan la composición isotópica media de los ríos o los lagos en lugar de la
composición de las precipitaciones locales. Las ríos pueden colectar aguas que se
originan de precipitaciones ocurridas en diferentes áreas, por ejemplo en regiones
montañosa su contenido isotópico debe ser más bajo que las precipitaciones en
zonas llanas debido al efecto de altitud.
En el caso de lagos o embalses las aguas pueden encontrarse considerablemente
enriquecidas en isótopos pesados debido a la evaporación. Este enriquecimiento
puede estar limitado por el intercambio con la humedad atmosférica, de modo que
la magnitud del mismo es mayor cuando la evaporación es más intensa, tal como
ocurre en los lagos cerrados de las regiones áridas.
LABORATORIOS DE HIDROLOGÍA ISOTOPICA
Las técnicas nucleares en que se emplean isotopos se han convertido en
instrumentos preciosos que suelen combinarse con otros métodos de
investigación para el estudio de los recursos hídricos. La sensibilidad de los
instrumentos y equipos modernos, como los contadores de centello líquido,
permiten detectar con precisión cantidades intimas de isotopos radioactivos
ambientales en el agua. Esas técnicas figuran cada vez más entre los
instrumentos de investigación que emplean los científicos de los países en
desarrollo donde se han establecido laboratorios de hidrología isotópica ambiental
durante los últimos 20 años.
El objetivo primordial de los laboratorios de hidrología isotópica ambiental de los
países en desarrollo es brindar apoyo analítico adecuado para la aplicación de
técnicas isotópicas a los problemas hidrológicos de importancia practica. Además,
pueden prestar apoyo a las investigaciones en campos afines, como la exploración
geotérmica, la geología, la geoquímica y los estudios sobre el medio ambiente.
Debería apoyarse en mayor medida una esfera de trabajo tan amplia.
Actualmente, algunos laboratorios pertenecen a instituciones nacionales que
participan directamente en la evaluación y gestión de los recursos hídricos,
mientras que otros pertenecen a institutos de investigaciones que forman parte de
las comisiones nacionales de energía atómica (AEC) o de las universidades.
El personal que trabaja en estos laboratorios es un personal que ha recibido
formación hidrogeológica, hidrológica o en ingeniería hidráulica. También tiene
experiencia práctica en la perforación y los ensayos de pozos, la medición de
niveles piezómetros y descargas, la toma de muestras de aguas superficiales y
subterráneas para análisis químicos, la cartografía y otros campos.
No obstante el éxito de la creación y funcionamiento de un laboratorio de
hidrología isotópica ambiental dependerá, en última instancia, de las personas que
intervengan en el proceso. Con una personal científico motivado, calificado y
decidido, el laboratorio podrá convertirse en un importante centro de esfuerzos
nacionales para resolver problemas prácticos y proteger valiosos recursos
naturales.
ESTUDIO DE CASO: VALLE CENTRAL, COSTA RICA – ACUIFERO BARVA.
Las técnicas isotópicas, por si solas y en combinación con técnicas
convencionales, son fundamentales para determinaciones y evaluaciones de las
aguas subterráneas que no serían posibles de otra manera. Estas incluyen la
determinación de las zonas de recarga, la identificación del origen de ciertos
contaminantes y el seguimiento de moléculas de agua para determinar
velocidades de transporte y recarga.
Los acuíferos que subyacen el Valle tienen gran importancia para la población, ya
que proporcionan agua a más de un 60% de los habitantes de la Gran Área
Metropolitana (GAM), lo cual equivale a cerca de un millón de personas.
Desafortunadamente, estos cuerpos subterráneos de agua son sumamente
vulnerables a la contaminación debido a la gran porosidad y permeabilidad de las
rocas y los suelos que los cubren y a la alta precipitación de la zona
Es por esto que, desde hace varios años, se han venido realizando proyectos para
determinar el impacto de las actividades humanas sobre las aguas subterráneas.
El Proyecto Acuífero Barba forma parte de un programa regional de investigación
en acuíferos en América Latina, financiado por el Organismo Internacional de
Energía Atómica (OIEA) y por la UNA. Para lograr los objetivos se ha utilizado una
combinación de técnicas isotópicas y técnicas tradicionales en la determinación de
áreas de recarga, flujos y origen de ciertos contaminantes en el acuífero.
Primeramente se definió el modelo conceptual de este cuerpo de agua y se
estableció una red de monitoreo de aguas de lluvia en las que se analizaron los
isótopos ambientales (O18 y deuterio), que al compararse con la identidad
isotópica de las aguas del subsuelo permitieron determinar las principales áreas
de recarga. Las técnicas isotópicas, además, han permitido obtener una especie
de “huella digital” de los nitratos en las muestras de agua y así dar seguimiento a
este contaminante hasta su origen. Esto ha permitido identificar a los principales
culpables de este tipo de contaminación: a) la descarga constante hacia el suelo
de sustancias nitrogenadas desde los tanques sépticos, extensamente utilizados
en zonas urbanas y rurales y b) los fertilizantes nitrogenados aplicados en las
plantaciones de café.
El vínculo identificado por el Laboratorio de Hidrología Ambiental entre el
desarrollo urbano desordenado, la agricultura y la contaminación del agua
subterránea es ahora de conocimiento público. Los resultados de este y otros
proyectos apoyados por el OIEA están siendo tomados en cuenta para promover y
justificar la puesta en práctica de regulaciones relacionadas con la disposición de
desechos humanos e industriales, el uso de agroquímicos y la planificación
urbana.
CONCLUSION
La utilización sostenible de los recursos hídricos es una responsabilidad mundial.
A través del ciclo hidrológico, toda el agua de la Tierra es afectada por la actividad
humana. Ante la amenaza cada vez mayor de una creciente escasez de agua, las
decisiones sobre los lugares de extracción, el volumen que se ha de utilizar y la
manera en que se ha de gestionar, deben basarse en información fidedigna si
queremos proteger estos preciosos recursos hídricos para las futuras
generaciones. La hidrología isotópica es una importante herramienta que se utiliza
en todo el mundo para proporcionar información necesaria para adoptar las
decisiones correctas ahora y para el futuro.
BIBLIOGRAFIA
• Laboratorios de hidrología isotópica ambiental en los países en desarrollo.
BOLETÍN DEL OIEA, 4/1991 (por Roberto Gonfiantini y Willibald Stichler).
• Artículo: “Gestión de los recursos hídricos mediante la hidrología isotópica”
(julio 5, 2013).
• Laboratorio de Hidrología Ambiental (LHA) de la Universidad Nacional
(UNA).